JPH0727513A - 座標測定装置と画像データ入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 平板上の座標を高精度に測定することのでき
る座標測定装置及び画像データ入力装置を提供する。 【構成】 イメージスキャナー１０００は、ベース１０
０と、観察光学系と、計測光学系と、Ｘ−Ｙステージ４
００とから構成され、Ｘ−Ｙステージ４００はＸステー
ジ４１０と、Ｘ軸ガイド４２０，４２１と、Ｘ軸モータ
４３０と、Ｙステージ４４０と、Ｙ軸ガイド４５０，４
５１と、Ｙ軸モータ４６０とから構成されている。Ｙス
テージ４４０には、被測定物を載せるための載置ステー
ジ４７０が形成され、定められた位置に配置された複数
のパターンを平板に形成し、撮像手段がパターンを画像
信号に変換する計測光学系を有しており、撮像手段から
の画像信号に基づき、演算処理手段が、平板上の座標を
演算する様になっており、観察光学系が、被測定物の画
像イメージを画像信号に変換することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精度のステージやエ
ンコーダを使用することなく、安価な構成部品を使用し
ても高精度を得ることのできる座標測定装置及びこの座
標測定装置を採用した画像データ入力装置に係わり、特
に、被測定物を固定するための平板に複数のパターンを
形成し、このパターンを読み取るための計測光学系を採
用することにより、平板上の座標を高精度に測定するこ
とのできる座標測定装置及び画像データ入力装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の座標測定装置は、被測定物を観察
するための観察手段と、被測定物の特定位置座標を測定
するための座標測定手段と、被測定物を平面上で移動さ
せるためのＸ−Ｙステージとから構成されている。

【０００３】観察手段は、顕微鏡やＴＶカメラ等から構
成されており、Ｘ−Ｙステージの移動方向に対して、鉛
直方向に被測定物を観察することができる様になってい
る。

【０００４】座標測定手段は、被測定物の特定位置と任
意に規定した数値とを、精度よく一致させるためのもの
である。

【０００５】Ｘ−Ｙステージは、一方向に平行移動させ
るためのＸステージと、このＸステージに載置され、Ｘ
ステージと直交する方向に移動させるためのＹステージ
とから構成されており、各ステージは、ベルト、ラック
及びピニオン、又はリードスクリュー等をモータ等によ
り駆動させる駆動機構が備えられている。そして駆動機
構のモータか、或いは、ステージに連結されたリニアエ
ンコーダにより、Ｘ−Ｙステージの移動量を電気的信号
として取り出すことができる様に構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の座標測定装置は、観察手段と座標測定手段とを、可動
機構を介して間接的に一致させる構造を有するため、装
置自体が有するヨーイング、ピッチング、ローリング等
が直接影響し、測定精度が低下するという問題点があっ
た。

【０００７】従って、装置としての精度維持及び向上を
図るには、機構自体の剛性の向上を図ったり、高精度の
エンコーダー等を採用しなければならず、重量の増加
や、高価な部品及び高精度の加工技術の採用等が避けら
れず、コスト高となるという問題点があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、水平移動可能な平板と、この平板に
形成され、定められた位置に配置された複数のパターン
と、このパターンを画像信号に変換するための撮像手段
と、この撮像手段からの画像信号に基づき、前記平板上
の座標を演算するための演算処理手段とから構成されて
いる。

【０００９】また本発明は、水平移動可能なＸーＹステ
ージに取り付けられた平板と、このＸーＹステージを移
動させるための移動手段と、前記平板に形成され、定め
られた位置に配置された複数のパターンと、このパター
ンを画像信号に変換するための撮像手段と、この撮像手
段からの画像信号に基づき、前記平板上の座標を演算す
るための演算処理手段とからなり、この演算処理手段の
演算出力に基づき、前記移動手段が駆動されて平板の位
置決めが行われることを特徴としている。

【００１０】更に本発明の画像データ入力装置は、水平
移動可能なＸーＹステージに取り付けられ、被測定物を
固定するための平板と、この平板に形成され、定められ
た位置に配置された複数のパターンと、このパターンを
画像信号に変換するための撮像手段を有する計測光学系
と、この撮像手段からの画像信号に基づき、前記平板上
の座標を演算するための演算処理手段とを備えた座標測
定装置を装備しており、前記被測定物の画像イメージを
画像信号に変換するための観察光学系を有する画像デー
タ入力装置であって、該観察光学系の光軸と、前記計測
光学系の光軸とが同軸であることを特徴としている。

【００１１】また本発明の画像データ入力装置は、観察
光学系の光軸と計測光学系の光軸とを交差する構成にす
ることもできる。

【００１２】そして本発明の画像データ入力装置は、計
測光学系と観察光学系の焦点位置が相違している構成に
することができる。

【００１３】更に本発明の画像データ入力装置は、計測
光学系が、光源と、光源からの光を平行光とするための
コリメータレンズと、該平行光を反射させて平板に向け
ると共に、この平板からの反射光を透過させるためのハ
ーフミラーと、該反射光を結像するための結像レンズ
と、この結像レンズによる結像点に位置する画像センサ
とから構成することもできる。

【００１４】

【作用】以上の様に構成された本発明は、平板を水平移
動可能とし、定められた位置に配置された複数のパター
ンを平板に形成し、撮像手段がパターンを画像信号に変
換し、演算処理手段が、撮像手段からの画像信号に基づ
き、平板上の座標を演算する様になっている。

【００１５】また本発明は、水平移動可能なＸーＹステ
ージに平板を取り付け、移動手段が、このＸーＹステー
ジを移動させ、定められた位置に配置された複数のパタ
ーンが平板に形成され、撮像手段がパターンを画像信号
に変換し、この撮像手段からの画像信号に基づき、演算
処理手段が、平板上の座標を演算する様になっており、
演算処理手段の演算出力に基づき、移動手段が平板の位
置決めを行なう様になっている。

【００１６】更に本発明の画像データ入力装置は、水平
移動可能なＸーＹステージに取り付けられ、被測定物を
固定するための平板を有し、定められた位置に配置され
た複数のパターンを平板に形成し、撮像手段がパターン
を画像信号に変換する計測光学系を有しており、撮像手
段からの画像信号に基づき、演算処理手段が、平板上の
座標を演算する座標測定装置を装備している。そして観
察光学系が、被測定物の画像イメージを画像信号に変換
する様になっており、観察光学系の光軸と計測光学系の
光軸とが同軸となっている。

【００１７】また本発明の画像データ入力装置は、観察
光学系の光軸と計測光学系の光軸とを交差する様にする
こともできる。

【００１８】そして本発明の画像データ入力装置は、計
測光学系と観察光学系の焦点位置を相違させることもで
きる。

【００１９】更に本発明の画像データ入力装置の計測光
学系は、コリメータレンズが、光源からの光を平行光と
し、ハーフミラーが平行光を反射させて平板に向けると
共に、この平板からの反射光を透過させ、結像レンズが
反射光を結像し、画像センサが、結像レンズの結像点に
配置されている。

【００２０】

【実施例】本発明の座標測定装置を、イメージスキャナ
ーに応用した実施例で説明する。このイメージスキャナ
ーは画像データ入力手段に該当するものであり、フィル
ム、写真等のイメージをＣＣＤ等の半導体センサにより
ディジタルデータに変換するためのものである。

【００２１】イメージスキャナー１０００は、図１に示
す様に、ベース１００と、 観察光学系２００と、計測
光学系３００と、Ｘ−Ｙステージ４００とから構成され
ている。

【００２２】ベース１００は基台であり、観察光学系２
００と、計測光学系３００と、Ｘ−Ｙステージ４００と
が載置される。

【００２３】観察光学系２００は図２に示す様に、被測
定物２０００のイメージデータを取り込むためのもので
あり、観察用光源２１０と、第１のレンズ２２０と、第
１のハーフミラー２３０と、第２のレンズ２４０と、観
察用ＣＣＤ撮像素子２５０とから構成されている。

【００２４】計測光学系３００は図２に示す様に、観察
光学系２００が現在、観察を行っている被測定物２００
０の特定な地点の座標を測定するためのものであり、計
測用光源３１０と、第１のレンズ２２０と、第１のハー
フミラー２３０と、第３のレンズ３２０と、第２のハー
フミラー３３０と、計測用ＣＣＤ撮像素子３４０とから
構成されている。なお本実施例の計測光学系３００で
は、第１のレンズ２２０と第１のハーフミラー２３０と
が、観察光学系２００と共通な構成となっている。

【００２５】Ｘ−Ｙステージ４００は図１に示す様に、
Ｘステージ４１０と、Ｘ軸ガイド４２０、４２１と、Ｘ
軸モータ４３０と、Ｙステージ４４０と、Ｙ軸ガイド４
５０、４５１と、Ｙ軸モータ４６０とから構成されてい
る。Ｘステージ４１０は、ベース１００に固定されたＸ
軸モータ４３０により、Ｘ軸ガイド４２０、４２１に沿
って移動する様に構成されている。Ｙステージ４４０
は、ベース１００に固定されたＹ軸モータ４６０によ
り、Ｙ軸ガイド４５０、４５１に沿って移動する様に構
成されている。

【００２６】Ｙステージ４４０には、被測定物２０００
を載せるための載置ステージ４７０が形成されている。
図３に示す様に載置ステージ４７０は、第１のガラス板
４７１と、第２のガラス板４７２と、第１のガラス板４
７１の左右両端部に形成された第１の固定金具４７３
ａ、４７３ｂと、第２のガラス板４７２の左右両端部に
形成された第２の固定金具４７４ａ、４７４ｂと、第１
の固定金具４７３ａ、４７３ｂと第２の固定金具４７４
ａ、４７４ｂとを連結し、第１のガラス板４７１と第２
のガラス板４７２とを固定するためのネジ部材４７５
ａ、４７５ｂとから構成されている。この様に構成され
た載置ステージ４７０は、第１のガラス板４７１と第２
のガラス板４７２との間に被測定物２０００を挟んで、
固定することが可能となる。

【００２７】なお第１のガラス板４７１と第２のガラス
板４７２とは、平板の該当するものである。

【００２８】そして図４に示す様に第２のガラス板４７
２の裏面（被測定物２０００と当接する面と反対の面）
には、一定の間隔で配置された複数の十字型のパターン
が形成されている。この一定の間隔は予め設定されてお
り、既知の値となっている。このパターンは十字型のパ
ターンに限ることなく、四角、適宜のポイント等、何れ
のパターンを使用することができる。なお、この十字型
のパターンは、平板に形成され、定められた位置に配置
された複数のパターンに該当するものである。

【００２９】ベース１００には照明用アーム１１０が形
成されており、この照明用アーム１１０の内部には観察
用光源２１０が設けられている。図２に示す様に、この
観察用光源２１０は、ランプ２１１と、第４のレンズ２
１２と、第５のレンズ２１３と、反射ミラー２１４とか
ら形成されており、ランプ２１１から投射された光は、
第４のレンズ２１２と第５のレンズ２１３により平行光
となり、反射ミラー２１４により、被測定物２０００の
鉛直方向に照射する様に構成されている。

【００３０】なお本実施例の被測定物２０００は、カメ
ラ等で撮影された航空写真等であるが、何れの写真等の
イメージ画像であってもよい。

【００３１】次に観察光学系２００を図２に基づいて詳
細に説明する。観察用光源２１０が、第１のガラス板４
７１と第２のガラス板４７２に挟まれた被測定物２００
０を照明し、第１のレンズ２２０と第２のレンズ２４０
とが、被測定物２０００の画像イメージを観察用ＣＣＤ
撮像素子２５０に結像する様になっている。そして第２
のガラス板４７２の上面（被測定物２０００の載置位
置）と観察用ＣＣＤ撮像素子２５０とは、光学的共役関
係となっている。即ち、第２のガラス板４７２の上面
と、第２のレンズ２４０の焦点位置とは、第１のレンズ
２２０により共役な関係となっている。

【００３２】そして計測光学系３００は図２に示す様
に、計測用光源３１０からの光束は第２のハーフミラー
３３０で反射され、第３のレンズ３２０を透過し、第１
のハーフミラー２３０で反射された後、第１のレンズ２
２０により、第２のガラス板４７２の裏面に形成された
パターンを照明する様になっている。即ち計測用光源３
１０は、第２のガラス板４７２の裏面に形成された十字
型のパターンを照明するための光源であり、十字型のパ
ターン面の所定の範囲を照明するためのものである。

【００３３】この照明されたパターン画像は、再び第１
のレンズ２２０に戻り、第１のハーフミラー２３０で反
射された後、第３のレンズ３２０と第２のハーフミラー
３３０とを通過して、計測用ＣＣＤ撮像素子３４０に結
像する様に構成されている。ここで、第２のガラス板４
７２の裏面（パターンが形成されている面）と、計測用
ＣＣＤ撮像素子３４０とは、光学的共役関係となってい
る。即ち、第２のガラス板４７２の裏面（パターンが形
成されている面）、第３のレンズ３２０の焦点位置と
は、第１のレンズ２２０により共役な関係となってい
る。

【００３４】なお第１のレンズ２２０は、焦点深度の浅
いものが使用されており、更に、第２のガラス板４７２
の裏面に形成された十字パターンは、形状が小さいの
で、観察用ＣＣＤ撮像素子２５０で撮像される画像イメ
ージに対して、十字パターンの影響は無視される様にな
っている。

【００３５】また本実施例の計測用光源３１０はＬＥＤ
が採用されているが、何れの光源を採用することもでき
る。更に、観察用ＣＣＤ撮像素子２５０と第２のガラス
板４７２の裏面に形成された十字パターンとは、光学的
共役関係となっていないことに注意する必要がある。

【００３６】上記本実施例は、被測定物２０００の照明
に透過照明光学系を採用しているが、透過照明光学系に
限ることなく、反射照明光学系を採用することもでき
る。また本実施例は図２に示す様に、観察光学系２００
と計測光学系３００とを同軸上に配置しているが、必ず
しも同軸上に配置する必要はなく、独立して配置しても
よく、その配置は限定されるものではない。

【００３７】ここで、観察光学系２００と計測光学系３
００とを同軸上に配置しない第１変形例を図５に基づい
て説明する。第１の変形例の照明光学系２００は、上記
実施例と同様な観察用光源２１０と、第１のレンズ２２
０と、第２のレンズ２４０と、観察用ＣＣＤ撮像素子２
５０とから構成されている。そして第１の変形例の計測
光学系３００は、照明光学系２００と独立しており、計
測用光源３１０と、第６のレンズ３５０と、第７のレン
ズ３６０と、第８のレンズ３７０と、第９のレンズ３８
０と、計測用ＣＣＤ撮像素子３４０とから構成されてい
る。

【００３８】計測用光源３１０からの光束は、第６のレ
ンズ３５０で平行光とされ、第７のレンズ３６０によ
り、第２のガラス板４７２の裏面に形成されたパターン
を照明する様になっている。そして照明されたパターン
画像は、第８のレンズ３７０と第９のレンズ３８０によ
り、計測用ＣＣＤ撮像素子３４０に結像する様に構成さ
れている。

【００３９】以上の様に構成された第１の変形例は、観
察光学系２００と計測光学系３００とが同軸上に配置さ
れていない点を除き、本実施例と同様であるため、説明
を省略する。

【００４０】次に第１実施例のイメージスキャナー１０
００の電気的構成を図６に基づいて説明する。イメージ
スキャナー１０００は、計測用ＣＣＤ撮像素子３４０
と、この計測用ＣＣＤ撮像素子３４０で撮像されたアナ
ログデータをディジタル変換するための第１のＡ／Ｄ変
換器５１０と、第１のＡ／Ｄ変換器５１０でディジタル
変換されたデータを記憶するための第１のメモリ５２０
と、観察用ＣＣＤ撮像素子２５０と、この観察用ＣＣＤ
撮像素子２５０で撮像されたアナログデータをディジタ
ル変換するための第２のＡ／Ｄ変換器５３０と、第２の
Ａ／Ｄ変換器５３０でディジタル変換されたデータを記
憶するための第２のメモリ５４０と、タイミング発生器
５５０と、アドレスカウンタ５６０と、データセレクタ
５７０と、Ｘ軸モータ４３０を駆動するためのＸ軸モー
タ駆動部５８０と、Ｘ軸方向の機械原点を検出するため
のＸ軸リミットスイッチ５８１と、Ｙ軸モータ４６０を
駆動するためのＹ軸モータ駆動部５９０と、Ｙ軸方向の
機械原点を検出するためのＹ軸リミットスイッチ５９１
と、マイクロコンピュータ６００と、光ディスク７００
と、この光ディスク７００を駆動するための光ディスク
ドライバ７１０と、各種設定を行うための入力部８００
とから構成されている。

【００４１】タイミング発生器５５０はタイミングパル
スを、計測用ＣＣＤ撮像素子３４０と第１のＡ／Ｄ変換
器５１０に送出するためのものであり、画像イメージを
ディジタル画像信号に変換させることができる。同様に
タイミング発生器５５０は、タイミングパルスを観察用
ＣＣＤ撮像素子２５０と第２のＡ／Ｄ変換器５３０にも
供給しており、画像イメージをディジタル画像信号に変
換させる様になっている。

【００４２】アドレスカウンタ５６０は、行アドレス及
び列アドレスに対応したカウンタで構成されており、列
用カウンタのキャリィを行用カウンタが計数する様に構
成されている。

【００４３】マイクロコンピュータ６００はＣＰＵを含
む演算処理手段であり、イメージスキャナー１０００の
各種電気的構成の動作及び全体の制御を司るものであ
る。

【００４４】光ディスク７００はランダムアクセス可能
な外部記憶装置であり、画像データ等を記憶することが
できる。外部記憶装置は光ディスク７００に限ることな
く、何れの記憶装置を採用することができるが、記憶容
量が大きく、アクセス時間の短いものが望ましい。

【００４５】以上の様に構成された第１実施例の作用を
図７に基づいて説明する。

【００４６】「Ｘステージ４１０、Ｙステージ４４０の
位置決め作業」

【００４７】初めに計測光学系３００を使用したＸステ
ージ４１０、Ｙステージ４４０の位置決め作業について
説明する。

【００４８】まずステップ１（以下、Ｓ１と略する）
で、電源が投入され、イメージスキャナー１０００の動
作が開始されると、マイクロコンピュータ６００はＸ軸
モータ駆動部５８０に駆動信号を送出し、Ｘ軸モータ４
３０の回転力によりＸステージ４１０を移動させる。そ
してＸステージ４１０が機械原点に達すると、Ｘ軸リミ
ットスイッチ５８１から検出信号がマイクロコンピュー
タ６００に送られ、Ｘステージ４１０の移動が停止され
る。

【００４９】同様に、マイクロコンピュータ６００はＹ
軸モータ駆動部５９０に駆動信号を送出し、Ｙ軸モータ
４６０の回転力によりＹステージ４４０を移動させる。
そしてＹステージ４４０が機械原点に達すると、Ｙ軸リ
ミットスイッチ５９１から検出信号がマイクロコンピュ
ータ６００に送られ、Ｙステージ４４０の移動が停止さ
れる。この結果、Ｘステージ４１０とＹステージ４４０
とは、座標原点に位置決めされる。

【００５０】Ｓ１で座標原点が決定されるとＳ２に進
み、Ｓ２ではマイクロコンピュータ６００が、第２のガ
ラス板４７２の裏面に形成された十字パターン画像の
内、第１パターン（複数の十字パターンの内、第１番と
定義された十字パターン、ｎ＝１）の概略位置で計測可
能な様に、Ｘステージ４１０とＹステージ４４０とを移
動させる。即ちマイクロコンピュータ６００が、Ｘ軸モ
ータ駆動部５８０及びＹ軸モータ駆動部５９０に対し
て、駆動信号を送出し、Ｘステージ４１０とＹステージ
４４０とを所定量移動させるものである。なおＸステー
ジ４１０とＹステージ４４０の概略の移動量は、適宜の
エンコーダー等を利用して制御することが可能である。
又は、十字パターンを読み取ることで制御されている。

【００５１】なおＳ１の動作は、Ｘステージ４１０とＹ
ステージ４４０の概略位置決めである。

【００５２】Ｓ２でＸステージ４１０とＹステージ４４
０とが、第１パターンの概略位置に位置決めされると、
Ｓ３に進み、Ｓ３ではマイクロコンピュータ６００が、
計測用光源３１０を点灯させ、計測光学系３００により
計測用ＣＣＤ撮像素子３４０に結像された第１パターン
の像を画像電気信号に変換する。即ちマイクロコンピュ
ータ６００が、タイミング発生器５５０からのタイミン
グ信号に従い、第１パターンの像を計測用ＣＣＤ撮像素
子３４０で画像電気信号に変換する様になっている。

【００５３】そしてＳ４では、Ｓ３で変換された画像電
気信号を第１のＡ／Ｄ変換器５１０でＡ／Ｄ変換し、第
１のメモリ５２０に記憶される。この際、アドレスカウ
ンタ５６０は、タイミング発生器５５０からのタイミン
グパルスを計測することにより、第１のメモリ５２０の
アドレスを管理する様になっている。従って、第１のＡ
／Ｄ変換器５１０でＡ／Ｄ変換された第１パターンの画
像電気信号は、第１のメモリ５２０に記憶されることに
なる。なおアドレスカウンタ５６０は、列用カウンタの
キャリィを行用カウンタが計数する様に構成されてお
り、列用カウンタのキャリィ及び行用カウンタのキャリ
ィを発生させる計数値は、マイクロコンピュータ６００
で適宜設定を変更可能に構成されている。即ち第１のメ
モリ５２０に対して、データの読み書きのアクセスを実
施する場合、順次指定する行アドレス及び列アドレスの
範囲をマイクロコンピュータ６００で変更可能となって
いる。

【００５４】なお、第２のガラス板４７２の裏面に形成
された十字パターン画像の内、第１のメモリ５２０には
少なくとも４個以上の十字パターンが記憶される様に、
十字パターン画像が形成されている。

【００５５】次にＳ５ではマイクロコンピュータ６００
が、第１のメモリ５２０から第１パターンの画像信号を
読み出し、各々のパターン画像のアドレスを計測する。
Ｓ５で第１パターン画像のアドレスを計測した後、Ｓ６
に進み、Ｓ６では十字パターンの重心座標を演算するこ
とにより、計測用ＣＣＤ撮像素子３４０の１ピクセル以
下で十字パターンの中心座標（計測用ＣＣＤ撮像素子３
４０上に対応する座標）を求めることができる。

【００５６】ここで重心座標の演算方法を詳細に説明す
ると、図８に示す様に、各アドレスの計測用ＣＣＤ撮像
素子３４０上の座標を、（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₁）、
（Ｘ₃、Ｙ₁）、・・・・・・・（Ｘ_i、Ｙ₁）、（Ｘ_i、
Ｙ₂）・・・・・・・・・（Ｘ_i、Ｙ_j）とし、計測用Ｃ
ＣＤ撮像素子３４０で得られた光量（Ａ／Ｄ変換量）を
第１のメモリ５２０より読み出し、その光量を、ｍ₁₁、
ｍ₂₁・・・・・ｍ_n1、ｍ_n2・・・・ｍ_ijとすれば、パタ
ーンの重心座標は、

【００５７】

【数１】 ・・・・・式１

【００５８】と表される。

【００５９】以上の様にＳ６で、第１パターンの重心座
標が演算され、Ｓ７で全てのパターン（第ｎパターン）
が演算されたか否かが判断され、全てのパターンが演算
されていない場合にはＳ８に進み、第１パターンから第
２パターンへと演算対象を変更し、Ｓ１に戻って処理を
繰り返す様になっている。そして、設定されたパターン
の重心座標を全て演算したことをＳ７が認識した場合に
は、この重心座標の演算は終了してＳ９に進む。Ｓ９で
は、Ｘステージ４１０とＹステージ４４０の移動量を計
算する。

【００６０】ここで、Ｘステージ４１０とＹステージ４
４０の移動量の計算を詳細に説明する。Ｘステージ４１
０とＹステージ４４０の真の座標をＸ、Ｙとし、計測用
ＣＣＤ撮像素子３４０上の座標をＸｃ、Ｙｃとすれば、

【００６１】

【数２】 ・・・・・式２

【００６２】となる。ここで各パターンの座標は既知で
あり、そのパターンの計測用ＣＣＤ撮像素子３４０上の
重心座標は、式１により演算されているので、これらの
値を代入し、式２のパラメータａ、ｂ、ｃ、ｄ、Ｘ₀、
Ｙ₀ は、最小自乗法により求めることができる。な
お、Ｘ₀、Ｙ₀ は、計測用ＣＣＤ撮像素子３４０上の座
標系を、投影中心を原点とする座標系にした場合におけ
る、現在観測しているＸステージ４１０、Ｙステージ４
４０の座標である。更に式２はパラメータの導入によ
り、Ｘステージ４１０、Ｙステージ４４０のローリン
グ、光学系の倍率誤差等の補正が含まれるものである。

【００６３】そして実際に測定を行う正確な位置座標を
（Ｘ_a、Ｙ_b）とすれば、Ｘステージ４１０、Ｙステージ
４４０の移動量ｍ_x、ｍ_y は、

【００６４】

【数３】 ・・・・・式３

【００６５】の様になる。

【００６６】以上の様にＳ９で、Ｘステージ４１０、Ｙ
ステージ４４０の移動量が演算された後、Ｓ１０に進
み、Ｓ１０では、マイクロコンピュータ６００がＸ軸モ
ータ駆動部５８０に対して、移動量ｍ_xに相当する駆動
信号を送出し、Ｘ軸モータ４３０の回転力によりＸステ
ージ４１０を、演算された移動量ｍ_xだけ移動させる。
同様に、Ｙ軸モータ駆動部５９０に対して、移動量ｍ_y
に相当する駆動信号を送出し、Ｙ軸モータ４６０の回転
力によりＹステージ４４０を、演算された移動量ｍ_y だ
け移動させる様になっている。

【００６７】そしてＳ９で、Ｘステージ４１０、Ｙステ
ージ４４０の移動が完了したら、Ｓ１０に進み、Ｓ７で
演算された移動量ｍ_x、ｍ_y が集束したか否かを判断す
る。即ちＳ１に戻って移動量ｍ_x、ｍ_y を再び演算し、
Ｓ１０では、移動量ｍ_x、ｍ_yの数値が変化するか否かを
判断し、数値変化なくなれば集束したとして、Ｓ２から
の高精度位置決め動作を終了する。

【００６８】以上の動作によりＸステージ４１０、Ｙス
テージ４４０の位置決め作業が終了したので、マイクロ
コンピュータ６００は、計測用光源３１０を消灯させ
る。

【００６９】「画像イメージの取り込み」

【００７０】次に観察光学系２００が、被測定物２００
０の画像イメージを取り込む動作を説明する。

【００７１】マイクロコンピュータ６００が、タイミン
グ発生器５５０からのタイミング信号に従い、被測定物
２０００の画像イメージを観察用ＣＣＤ撮像素子２５０
で画像電気信号に変換する。そして、この観察用ＣＣＤ
撮像素子２５０で変換された画像電気信号は、第２のＡ
／Ｄ変換器５３０でＡ／Ｄ変換され、第２のメモリ５４
０に記憶される。この際、アドレスカウンタ５６０は、
タイミング発生器５５０からのタイミングパルスを計測
することにより、第２のメモリ５４０のアドレスを管理
する様になっている。従って、第２のＡ／Ｄ変換器５３
０でＡ／Ｄ変換された被測定物２０００の画像イメージ
の画像電気信号は、第２のメモリ５４０に全て一時的に
記憶されることになる。

【００７２】また第２のメモリ５４０に記憶されている
被測定物２０００の画像イメージデータは、マイクロコ
ンピュータ６００がタイミング発生器５５０に対して指
令を出すことにより、データセレクタ５７０を介して光
ディスクドライバ７１０に送出される。光ディスクドラ
イバ７１０は、被測定物２０００の画像イメージデータ
を光ディスク７００に記憶する様になっている。なお光
ディスク７００は、画像データを記憶するための記憶媒
体であるが、ハードディスク、フロッピディスク等の他
の記憶媒体を採用することもできる。なお本実施例で
は、Ｘステージ４１０、Ｙステージ４４０が何れも停止
した状態で画像データの記憶が行われるので、振動等の
悪影響を受けることなく、高分解、高精度化を図ること
ができるという効果がある。

【００７３】なお観察光学系２００の画像イメージに、
第２のガラス板４７２の裏面に形成された計測光学系３
００の十字パターン画像が取り込まれ、画像イメージの
一部が遮蔽される心配が予想されるが、観察光学系２０
０の焦点位置は、第２のガラス板４７２の上面（被測定
物２０００の載置位置）となっており、計測光学系３０
０の焦点位置は、第２のガラス板４７２の裏面（パター
ンが形成されている面）となっている。従って、観察光
学系２００と計測光学系３００との焦点距離には、第２
のガラス板４７２の厚み分の差が生じ、第１のレンズ２
２０の焦点深度を浅くし、パターンの像の厚みを数ミク
ロン程度と十分薄くすることにより、影響を避けること
ができる。

【００７４】なお観察光学系２００が被測定物２０００
の画像イメージを取り込む領域は、入力部８００から使
用者が、入力する様な構成となっている。従ってマイク
ロコンピュータ６００は、上記動作を繰り返し、入力部
８００から入力された指定領域のデータを順次光ディス
ク７００に記憶する様になっている。

【００７５】次に、Ｘステージ４１０、Ｙステージ４４
０のピッチング量を測定する機能を備えた第２実施例を
図９に基づいて説明する。このピッチング量測定装置９
００は、照明部９１０と、測定用マーカー９２０と、コ
リメータレンズ９３０と、第３のハーフミラー９４０
と、結像レンズ９５０と、ＣＣＤ受光素子９６０とから
構成されている。なお、照明部９１０は光源に該当し、
コリメータレンズ９３０はコリメータレンズ、第３のハ
ーフミラー９４０はハーフミラー、結像レンズ９５０は
結像レンズ、ＣＣＤ受光素子９６０は画像センサーに該
当するものである。

【００７６】測定用マーカー９２０は、コリメータレン
ズ９３０により平行光束とされ、第３のハーフミラー９
４０により、上方に反射される。第３のハーフミラー９
４０により反射された反射光は、第２のガラス板４７２
の裏面で反射され、第３のハーフミラー９４０を透過し
た後、結像レンズ９５０により、ＣＣＤ受光素子９６０
上に結像される。この時、ＣＣＤ受光素子９６０と第２
のガラス板４７２とが平行であれば（即ち、被測定物２
０００が平行に配置されていれば）、測定用マーカー９
２０の像は、ＣＣＤ受光素子９６０の中心部分に結像さ
れる。そして平行でなく傾いた状態となると、その傾き
量に応じて、中央よりＸ方向及びＹ方向に測定用マーカ
ー９２０の像の位置がずれることになる。このずれ量を
マイクロコンピュータ６００に入力すれば、Ｘステージ
４１０、Ｙステージ４４０のピッチング量による誤差を
補正した座標の値を容易に演算することができる。

【００７７】なお第２実施例のピッチング量測定装置９
００は、観察光学系２００や計測光学系３００と独立し
た光学系となっているが、観察光学系２００や計測光学
系３００と兼用する光学系とすることもでき、撮像素子
を兼用することもできる。

【００７８】次に、第３のメモリ５４１を備えたイメー
ジスキャナー１０００の第３実施例を図１０に基づいて
説明する。第３実施例は、第１実施例の第２のメモリ５
４０とデータセレクタ５７０との間に第３のメモリ５４
１を設けたものである。この第３のメモリ５４１の増設
により、アドレスセレクタ５４２とアドレス変換器５４
３とが追加されている。

【００７９】以上の様に構成された第３実施例は、第２
のメモリ５４０に一時的に記憶された被測定物２０００
の画像イメージデータを、マイクロコンピュータ６００
が読み出し、計測光学系３００から得られた正確な座標
情報に基づき、回転、縮小、拡大、移動等の図形変換処
理を行い、変換されたデータを第３のメモリ５４１に記
憶させることができる。更に第３のメモリ５４１に記憶
された変換データを、光ディスク７００に記録すること
ができるので、Ｘステージ４１０、Ｙステージ４４０の
制御を繰り返し行うことなく、被測定物２０００の画像
イメージデータを処理することができる。

【００８０】第３実施例の他の構成は、第１実施例と同
様であるから説明を省略する。

【００８１】次に、本発明の座標測定装置をイメージス
キャナー１０００に適用したものでなく、工具顕微鏡３
０００に適用した第４実施例を図１１及び図１２に基づ
いて説明する。

【００８２】第４実施例の工具顕微鏡３０００は、図１
１に示す様に、ベース３１００と、このベース３１００
に取り付けられたＹ軸カイド部材３２１０、３２２０
と、このＹ軸カイド部材３２１０、３２２０に沿って移
動可能に取り付けられたＹステージ部材３３００と、こ
のＹステージ部材３３００を移動させるためのＹ軸ハン
ドル３４００と、Ｙステージ部材３３００上に形成され
たＸ軸ステージ３５００と、このＸ軸ステージ３５００
をＸ軸ガイド（図示せず）に沿って移動させるためのＸ
軸ハンドル３６００と、Ｘ軸ステージ３５００に形成さ
れ、被測定物２０００を載置するための載置台３７００
と、載置台３７００の上方には、被測定物２０００を観
測するための観察光学系２０１と、ステージ内部には、
座標を計測するための計測光学系とからなっている。

【００８３】図１２は、被測定物２０００を観測するた
めの観察光学系２０１の概略を示すもので、接眼レンズ
部３８１０と、レクチル板３８２０と、結像レンズ部３
８３０と、対物レンズ部３８４０と、カバーガラス３８
５０とから構成されている。可視光は、カバーガラス３
８５０、対物レンズ部３８４０を通過した後、結像レン
ズ部３８３０に至り、更に、レクチル板３８２０に集束
される様になっている。従って観測者は、接眼レンズ部
３８１０を介して被測定物２０００の測定箇所を視認す
ることができる。なお計測光学系は、第１実施例の計測
光学系３００と同様であるから説明を省略する。

【００８４】以上の様に構成された第４実施例は、まず
観測者が、載置台３７００上に被測定物２０００を載置
して固定する。なお第４実施例では、観察光学系２０１
と計測光学系３００とが、載置台３７００を境に上下に
分かれているため、第１実施例の第１のガラス板４７１
と第２のガラス板４７２の様に、載置台３７００を２個
に分離させる必要はない。また載置台３７００の裏面に
は、第１実施例の第２のガラス板４７２の裏面と同様
に、十字等のパターンが形成されている。

【００８５】そして観測者は、観察光学系２０１の接眼
レンズ部３８１０により、被測定物２０００を観測し、
接眼レンズ部３８１０のレクチルを使用して被測定物２
０００の位置決めを行う。この位置決めは、Ｙ軸ハンド
ル３４００を回動させ、Ｙ軸ハンドル３４００に連動し
た送りネジ機構により、Ｙステージ部材３３００を移動
させると共に、Ｘ軸ハンドル３６００を回動させて、Ｘ
軸ハンドル３６００に連動した送りネジ機構によりＹス
テージ部材３３００を移動させ、載置台３７００を位置
決めすることができる。

【００８６】なお第４実施例では、手動により位置決め
が行われているが、第１実施例の様にモータ等による駆
動方式を採用することも可能である。この場合には、第
１実施例の入力部８００からＸ方向及びＹ方向の移動量
を入力すればよい。

【００８７】以上の様に構成された第４実施例は、スイ
ッチ３９１０等の入力手段により起動されると、マイク
ロコンピュータが計測光学系を駆動して、載置台３７０
０の裏面に形成された十字等のパターンを読み取り、座
標値を演算する。これらの処理も第１実施例と同様であ
るから説明を省略する。

【００８８】また演算された座標値は、ディスプレイ３
９２０に表示したり、通信用のポートにデータを送出し
たりする構成にすることも可能である。

【００８９】

【効果】以上の様に構成された本発明は、水平移動可能
な平板と、この平板に形成され、定められた位置に配置
された複数のパターンと、このパターンを画像信号に変
換するための撮像手段と、この撮像手段からの画像信号
に基づき、前記平板上の座標を演算するための演算処理
手段とから構成されているので、高精度なエンコーダや
高精度なステージを使用することなく、安価で軽量な座
標測定装置を提供することができるという効果がある。

【００９０】また本発明の画像データ入力装置は、水平
移動可能なＸーＹステージに取り付けられ、被測定物を
固定するための平板と、この平板に形成され、定められ
た位置に配置された複数のパターンと、このパターンを
画像信号に変換するための撮像手段を有する計測光学系
と、この撮像手段からの画像信号に基づき、前記平板上
の座標を演算するための演算処理手段とを備えた座標測
定装置を装備しており、前記被測定物の画像イメージを
画像信号に変換するための観察光学系を有しているの
で、パターン画像をディジタル化して記憶することがで
きる上、その座標位置を高精度に計測することができる
という卓越した効果がある。

【００９１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】本第１実施例の光学系を説明する図である。

【図３】本第１実施例の第１のガラス板４７１と第２の
ガラス板４７２とを説明する斜視図である。

【図４】第２のガラス板４７２の裏面に形成された十字
パターンを説明する図である。

【図５】本発明の第１変形例を説明する図である。

【図６】本第１実施例の電気的構成を説明する図であ
る。

【図７】本第１実施例の作用を説明する図である。

【図８】第２のガラス板４７２の裏面に形成された十字
パターンの拡大図である。

【図９】本発明の第２実施例を説明する図である。

【図１０】本発明の第３実施例の電気的構成を説明する
図である。

【図１１】本発明の第４実施例を説明する斜視図であ
る。

【図１２】本発明の第４実施例の観察光学系２０１の概
略を説明する図である。

【符号の説明】

１００ ベース ２００ 観察光学系 ２１０ 観察用光源 ２２０ 第１のレンズ ２３０ 第１のハーフミラー ２４０ 第２のレンズ ２５０ 観察用ＣＣＤ撮像素子 ３００ 計測光学系 ３１０ 計測用光源 ３２０ 第３のレンズ ３３０ 第２のハーフミラー ３４０ 計測用ＣＣＤ撮像素子 ４００ Ｘ−Ｙステージ ４７０ 載置ステージ ４７１ 第１のガラス板 ４７２ 第２のガラス板 ５１０ 第１のＡ／Ｄ変換器 ５２０ 第１のメモリ ５３０ 第２のＡ／Ｄ変換器 ５４０ 第２のメモリ ５４１ 第３のメモリ ５４２ アドレスセレクタ ５４３ アドレス変換器 ５５０ タイミング発生器 ５６０ アドレスカウンタ ５７０ データセレクタ ６００ マイクロコンピュータ ７００ 光ディスク ９００ ピッチング量測定装置 ９１０ 照明部 ９２０ 測定用マーカー ９３０ コリメータレンズ ９４０ 第３のハーフミラー ９５０ 結像レンズ ９６０ ＣＣＤ受光素子 １０００ イメージスキャナー ２０００ 被測定物 ３０００ 工具顕微鏡

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/107 7/18 Ｃ (72)発明者 古正 博幸 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内 (72)発明者 大友 文夫 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内 (72)発明者 石鍋 郁夫 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平移動可能な平板と、この平板に形成
   され、定められた位置に配置された複数のパターンと、
   このパターンを画像信号に変換するための撮像手段と、
   この撮像手段からの画像信号に基づき、前記平板上の座
   標を演算するための演算処理手段とを備えた座標測定装
   置。
2. 【請求項２】 水平移動可能なＸーＹステージに取り付
   けられた平板と、このＸーＹステージを移動させるため
   の移動手段と、前記平板に形成され、定められた位置に
   配置された複数のパターンと、このパターンを画像信号
   に変換するための撮像手段と、この撮像手段からの画像
   信号に基づき、前記平板上の座標を演算するための演算
   処理手段とからなり、この演算処理手段の演算出力に基
   づき、前記移動手段が駆動されて平板の位置決めが行わ
   れる座標測定装置。
3. 【請求項３】 水平移動可能なＸーＹステージに取り付
   けられ、被測定物を固定するための平板と、この平板に
   形成され、定められた位置に配置された複数のパターン
   と、このパターンを画像信号に変換するための撮像手段
   を有する計測光学系と、この撮像手段からの画像信号に
   基づき、前記平板上の座標を演算するための演算処理手
   段とを備えた座標測定装置を装備しており、前記被測定
   物の画像イメージを画像信号に変換するための観察光学
   系を有する画像データ入力装置であって、該観察光学系
   の光軸と、前記計測光学系の光軸とが同軸であることを
   特徴とする画像データ入力装置。
4. 【請求項４】 水平移動可能なＸーＹステージに取り付
   けられ、被測定物を固定するための平板と、この平板に
   形成され、定められた位置に配置された複数のパターン
   と、このパターンを画像信号に変換するための撮像手段
   を有する計測光学系と、この撮像手段からの画像信号に
   基づき、前記平板上の座標を演算するための演算処理手
   段とを備えた座標測定装置を装備しており、前記被測定
   物の画像イメージを画像信号に変換するための観察光学
   系を有する画像データ入力装置であって、該観察光学系
   の光軸と、前記計測光学系の光軸とが交差することを特
   徴とする画像データ入力装置。
5. 【請求項５】 計測光学系と観察光学系の焦点位置が相
   違している請求項３記載の画像データ入力装置。
6. 【請求項６】 計測光学系が、光源と、光源からの光を
   平行光とするためのコリメータレンズと、該平行光を反
   射させて平板に向けると共に、この平板からの反射光を
   透過させるためのハーフミラーと、該反射光を結像する
   ための結像レンズと、この結像レンズによる結像点に位
   置する画像センサとから構成されている請求項３〜５記
   載の画像データ入力装置。